Un team internazionale guidato da ricercatori dell'Università di Tohoku ha scoperto una galassia nana satellitare estremamente debole della Via Lattea. La scoperta del team fa parte del Subaru Strategic Survey in corso utilizzando Hyper Suprime-Cam. Il satellite, chiamato Vergine I, si trova nella direzione della costellazione della Vergine. Alla magnitudine assoluta di -0,8 nella banda ottica, potrebbe essere la galassia satellite più debole mai trovata. La sua scoperta suggerisce la presenza di un gran numero di satelliti nani ancora non rilevati nell'alone della Via Lattea e fornisce importanti informazioni sulla formazione delle galassie attraverso l'assemblaggio gerarchico della materia oscura.

Attualmente, sono state identificate circa 50 galassie satellite della Via Lattea. Circa 40 di esse sono deboli e diffuse e appartengono alla categoria delle cosiddette "galassie sferoidali nane" (Figura 2). Molte galassie nane scoperte di recente, specialmente quelli visti in rilievi fotometrici sistematici come lo Sloan Digital Sky Survey (SDSS) e il Dark Energy Survey (DES) sono molto deboli con luminosità assoluta nella banda d'onda ottica inferiore a -8 magnitudo. Queste sono le cosiddette "galassie nane ultra-deboli". Però, le ricerche precedenti facevano uso di telescopi con un diametro da 2,5 a 4 metri, quindi sono stati identificati solo i satelliti relativamente vicini al Sole o quelli con magnitudo maggiore. Quelli più distanti o deboli nell'alone della Via Lattea devono ancora essere rilevati (Figura 3).

La combinazione della grande apertura del telescopio Subaru da 8,2 metri e dell'ampio campo visivo dello strumento Hyper Suprime-Cam (HSC) è molto potente in questo studio. Consente una ricerca efficiente di satelliti nani molto deboli su vaste aree del cielo. Il primo passo nella ricerca di una nuova galassia nana è identificare un'eccessiva densità di stelle nel cielo, utilizzando dati fotometrici. Il prossimo è valutare che l'aspetto troppo denso non è dovuto alla linea di vista o giustapposizioni accidentali di campi densi non correlati, ma è davvero un sistema stellare. Il metodo standard per farlo è cercare una distribuzione caratteristica delle stelle nel diagramma colore-magnitudine (paragonabile al diagramma di Hertzsprung-Russell (pannelli centrale e sinistro della Figura 4)). Le stelle in un campo generale non mostrano modelli particolari in questo diagramma (pannello destro della Figura 4).

Alla ricerca della Vergine I

Daisuke Homma, uno studente laureato alla Tohoku University, trovato Vergine I sotto la guida del suo consigliere, Masashi Chiba, e i loro collaboratori internazionali. "Abbiamo esaminato attentamente i primi dati del Subaru Strategic Survey con HSC e abbiamo riscontrato un'apparente sovradensità di stelle in Vergine con una significatività statistica molto elevata, che mostra uno schema caratteristico di un antico sistema stellare nel diagramma colore-magnitudine, " ha detto. " Sorprendentemente, questo è uno dei satelliti più deboli, con magnitudine assoluta di -0,8 nella banda ottica. Questa è davvero una galassia, perché è spazialmente esteso con un raggio di 124 anni luce, sistematicamente più grande di un ammasso globulare con luminosità comparabile."

I satelliti nani più deboli identificati finora erano Segue I, scoperto da SDSS (-1.5 mag) e Cetus II in DES (0.0 mag). Cetus II deve ancora essere confermato, in quanto è troppo compatto come una galassia. Vergine I alla fine potrebbe rivelarsi la più debole mai scoperta. Si trova ad una distanza di 280, 000 anni luce dal Sole, e una galassia così remota con una debole luminosità non è stata identificata in precedenti rilievi. È oltre la portata di SDSS, che ha precedentemente rilevato la stessa area in direzione della costellazione della Vergine (Figura 5).

Secondo Chiba, il capo di questo progetto di ricerca, la scoperta ha profonde implicazioni. "Questa scoperta implica centinaia di deboli satelliti nani in attesa di essere scoperti nell'alone della Via Lattea, " disse. "Quanti satelliti ci sono davvero e quali proprietà hanno, ci darà un indizio importante per capire come si è formata la Via Lattea e come la materia oscura vi abbia contribuito".

Utilizzo di HSC per tracciare la formazione di galassie

Si pensa che la formazione di galassie come la Via Lattea proceda attraverso l'assemblaggio gerarchico della materia oscura, formando aloni scuri, e attraverso la successiva caduta di gas e formazione stellare influenzata dalla gravità. I modelli standard di formazione delle galassie nel contesto della cosiddetta teoria della materia oscura fredda (CDM) prevedono la presenza di centinaia di piccoli aloni oscuri orbitanti in un alone scuro delle dimensioni della Via Lattea e un numero comparabile di compagni satelliti luminosi. Però, sono state identificate solo decine di satelliti. Questo è ben al di sotto di un numero teorico previsto, che fa parte del cosiddetto "problema del satellite mancante". Gli astronomi potrebbero dover considerare altri tipi di materia oscura oltre al CDM o invocare la fisica barionica che sopprime la formazione di galassie per spiegare la carenza nel numero di satelliti. Un'altra possibilità è che abbiano visto solo una frazione di tutti i satelliti associati alla Via Lattea a causa di vari bias di osservazione. La questione rimane irrisolta.

Una delle motivazioni per il Subaru Strategic Survey che utilizza HSC è aumentare le osservazioni nella ricerca dei satelliti della Via Lattea. I primi dati di questa indagine sono ciò che ha portato alla scoperta di Virgo I. Questo programma continuerà ad esplorare aree del cielo molto più ampie e si prevede di trovare più satelliti come Virgo I. Questi piccoli compagni da scoprire nel prossimo futuro potrebbero dicci molto di più sulla storia della formazione della Via Lattea.